Lời giải: Lập luận về bậc của Euler (1736)
Hãy tưởng tượng ép mỗi vùng đất thành một dấu chấm và duỗi thẳng mỗi cây cầu ngoằn ngoèo thành một đường thẳng nối hai dấu chấm — hình dạng thật của bờ sông và các hòn đảo không còn quan trọng nữa, chỉ còn việc đường nào nối dấu chấm nào. Một hành trình đi qua mỗi cầu đúng một lần trở thành một hành trình dọc theo các đường thẳng đó, dùng mỗi đường đúng một lần.
Các nhà toán học ngày nay gọi hành trình như vậy là đường đi Euler, đặt theo tên người đầu tiên nhận ra rằng vẽ lại bức tranh theo cách này chính là chìa khóa của câu đố.
Euler thay mỗi vùng đất bằng một đỉnh và mỗi cây cầu bằng một cạnh nối hai vùng đất mà nó liên kết, biến bản đồ thành một đồ thị với đỉnh và cạnh. Một hành trình đi qua mỗi cầu đúng một lần trở thành một hành trình trong sử dụng mỗi cạnh đúng một lần — ngày nay gọi là đường đi Euler.
Thành phố Königsberg (nay là Kaliningrad, trên sông Pregel) gồm hai hòn đảo và hai bờ sông nối với nhau bằng bảy cây cầu. Cư dân thành phố tranh luận liệu có thể đi qua mỗi cầu đúng một lần hay không; Leonhard Euler nghe về câu đố này, và trong một bài báo ngắn trình bày trước Viện Hàn lâm Saint Petersburg năm 1736, ông nhận ra rằng hình dạng chính xác của đường phố và cầu không quan trọng — chỉ có kiểu liên kết giữa các vùng đất qua từng cầu mới quyết định câu trả lời (Biggs, Lloyd & Wilson 1976, Ch. 1).
Phép chuyển từ địa lý sang đồ thị này là bước đầu tiên thiết yếu: mọi bước sau đều làm việc với bức tranh trừu tượng gồm dấu chấm và đường thẳng, và lập luận tiếp theo sẽ áp dụng cho bất kỳ cách bố trí cầu nào theo kiểu này, không riêng gì Königsberg.
- Đồ thị, đỉnh, cạnh
- Một đồ thị gồm một tập các đỉnh (dấu chấm) cùng với các cạnh (đường thẳng) nối từng cặp đỉnh; ở đây mỗi đỉnh ứng với một vùng đất và mỗi cạnh ứng với một cây cầu.
- Đường đi Euler
- Một hành trình trong đồ thị sử dụng mỗi cạnh của đồ thị đúng một lần (có thể quay lại đỉnh cũ, nhưng không cạnh nào được đi qua hai lần).